DE102021105023B4 - Discharging circuit for discharging a capacitance, method for discharging a capacitance via the discharging circuit and electrical device with such a discharging circuit - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung beschreibt eine Entladeschaltung (100) zum Entladen einer Kapazität (1) mit- einen Eingang (101) zum elektrischen Anschluss der Kapazität (1),- einen Transistor (3), dessen Drain-Anschluss (3D) über einen Entladewiderstand (2) mit einem ersten Eingangsanschluss (101a) und dessen Source-Anschluss (3S) mit dem zweiten Eingangsanschluss (101b) verbunden ist,- einen Gate-Ladewiderstand (9) der den ersten Eingangsanschluss (101a) mit einem Gate-Anschluss (3G) des Transistors (3) verbindet,- einen thermisch mit dem Entladewiderstand (2) und/oder dem Transistor (3) gekoppelten Thermistor (4), und- einen Schalter (6), der den Gate-Anschluss (3G) mit dem zweiten Eingangsanschluss (101b) verbindet, und- eine Triggerschaltung (5), die ausgelegt ist, den Schalter (6) in Abhängigkeit einer Temperatur des Thermistors (4) zu steuern. Die Entladeschaltung (100) ist ausgelegt, aus einer an den Eingangsanschlüssen (101a, 101b) anliegenden Spannung versorgt zu werden, wobei- der Schalter (6) und/oder eine Kombination aus der Triggerschaltung (5) und dem Schalter (6) eingerichtet ist, den Schaltzustand des Schalters (6) sprungartig von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand zu verändern, um einen transienten Wechsel von einem ersten Betriebszustand BZ1 der Entladeschaltung (100) bei durchgesteuertem Transistor (3) in einen zweiten Betriebszustand BZ2 der Entladeschaltung (100) bei sperrendem Transistor (3) zu generieren. Die Anmeldung offenbart weiterhin ein Verfahren zum Entladen einer Kapazität und ein elektrisches Gerät mit einer derartigen Entladeschaltung.The application describes a discharge circuit (100) for discharging a capacitance (1) with - an input (101) for the electrical connection of the capacitance (1), - a transistor (3) whose drain connection (3D) is connected via a discharge resistor (2nd ) having a first input terminal (101a) and its source terminal (3S) connected to the second input terminal (101b),- a gate charging resistor (9) connecting the first input terminal (101a) to a gate terminal (3G) of the Transistor (3) connects,- a thermistor (4) thermally coupled to the discharge resistor (2) and/or the transistor (3), and- a switch (6) which connects the gate connection (3G) to the second input connection ( 101b) connects, and- a trigger circuit (5) which is designed to control the switch (6) depending on a temperature of the thermistor (4). The discharge circuit (100) is designed to be supplied from a voltage present at the input terminals (101a, 101b), the switch (6) and/or a combination of the trigger circuit (5) and the switch (6) being set up to suddenly change the switching state of the switch (6) from the blocking to the conducting switching state in order to cause a transient change from a first operating state BZ1 of the discharge circuit (100) when the transistor (3) is turned on to a second operating state BZ2 of the discharge circuit (100). blocking transistor (3) to generate. The application also discloses a method for discharging a capacitance and an electrical device with such a discharge circuit.
Description
Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entladung einer Kapazität, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Entladeschaltung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisches Gerät mit einer derartigen Entladeschaltung.The invention relates to a method for discharging a capacitance and a discharge circuit suitable for carrying out the method. The invention also relates to an electrical device with such a discharge circuit.
Stand der TechnikState of the art
Bei elektrischen Geräten ist es oftmals aus Sicherheitsgründen gefordert, dass nach einem Ausschalten des Gerätes alle von außen berührbaren Komponenten keine elektrische Spannung oder lediglich eine ungefährliche elektrische Spannung aufweisen. Daraus folgt meist, dass Kapazitäten des Gerätes nach dessen Ausschalten kontrolliert ggf. innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer entladen werden müssen. Konkret müssen beispielsweise Eingangskapazitäten eines Photovoltaik (PV) - Wechselrichter dann, wenn dieser aus Sicherheitsgründen sowohl DC-seitig von PV-Modulen eines ihm zugeordneten PV-Generators, als auch AC-seitig von einem Energieversorgungsnetz getrennt wird, innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer entladen werden. Indem die Eingangskapazitäten entladen werden, ist auch sichergestellt, dass mit der Eingangskapazität verbundene DC-Zuleitungen zwischen dem PV-Wechselrichter und dem PV-Generator, zumindest bei einer geöffneten generatornahen Trenneinrichtung, spannungsfrei sind. Dabei muss die Entladung der Eingangskapazitäten auch dann sicher erfolgen, wenn das elektrische Gerät ausgeschaltet ist und/oder von seiner im normalen Betrieb erfolgenden elektrischen Versorgung getrennt vorliegt.In the case of electrical devices, it is often required for safety reasons that, after the device has been switched off, all components that can be touched from the outside have no electrical voltage or only have a non-dangerous electrical voltage. It usually follows from this that the capacities of the device must be discharged in a controlled manner, if necessary within a specified period of time, after it has been switched off. In concrete terms, for example, the input capacitances of a photovoltaic (PV) inverter must be discharged within a specified period of time if, for safety reasons, it is disconnected from the PV modules of a PV generator assigned to it on the DC side and from an energy supply network on the AC side. Because the input capacitances are discharged, it is also ensured that DC supply lines connected to the input capacitance between the PV inverter and the PV generator are voltage-free, at least when an isolating device close to the generator is open. In this case, the input capacitances must also be safely discharged when the electrical device is switched off and/or is disconnected from its electrical supply during normal operation.
Aus der Schrift
Die Druckschrift
Die Schrift WO 2019 / 158748 A1 offenbart eine Entladevorrichtung zum aktiven Entladen eines elektrischen Netzes oder einer elektrisch betriebenen Einheit umfassend eine Entladeschaltung mit einem Strombegrenzungswiderstand und einem ersten Schalter zum Verbinden eines zu entladenden Bauteils mittelbar über den Strombegrenzungswiderstand mit einem Referenzpotential. Die Entladeschaltung umfasst weiterhin eine steueranschlussseitig zu dem ersten Schalter angeordnete Begrenzungsschaltung zur Begrenzung einer im Entladebetrieb an dem ersten Schalter und/oder dem Strombegrenzungswiderstand auftretenden Erwärmung. Die Begrenzungsschaltung weist einen NTC-Widerstand auf, der thermisch mit dem ersten Schalter und/oder dem Strombegrenzungswiderstand gekoppelt ist.Document WO 2019/158748 A1 discloses a discharge device for actively discharging an electrical network or an electrically operated unit, comprising a discharge circuit with a current-limiting resistor and a first switch for connecting a component to be discharged to a reference potential indirectly via the current-limiting resistor. The discharge circuit also includes a limiting circuit arranged on the control terminal side of the first switch for limiting heating that occurs at the first switch and/or the current-limiting resistor during discharge operation. The limiting circuit has an NTC resistor that is thermally coupled to the first switch and/or the current limiting resistor.
Nachteilig bei diesen Konzepten ist, dass insbesondere bei einer hohen elektrischen DC-Spannung im Bereich oberhalb 400 V, welche DC-Spannung beispielsweise bei PV-Generatoren und damit auch bei Eingangskapazitäten daran angeschlossener PV-Wechselrichter üblich ist, eine relativ hohe Energiemenge gespeichert ist. Die Entladung dieser Energiemenge in der vorgegebenen Zeit ist mit einer entsprechend großen elektrischen Leistung während des Entladevorganges verbunden, was wiederum eine starke thermische Belastung des Transistors, im Fall der
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Entladeschaltung für eine geladene Kapazität anzugeben, mit der die oben genannten Nachteile vermieden werden, zumindest jedoch signifikant reduziert werden. Insbesondere sollen temperatursensitive Komponenten der Entladeschaltung, beispielsweise Thermistoren und Halbleiterschalter, während eines Entladevorganges eine möglichst geringe thermische Belastung erfahren. Dabei ist sicherzustellen, dass die geladene Kapazität innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer bis auf eine bezüglich einer Berührung ungefährliche DC-Spannung - üblicherweise < 60 V - entladen ist. Die Entladeschaltung soll ausgelegt sein, die Entladung der Kapazität auch ohne eine externe Energieversorgung durchzuführen und zudem möglichst kostengünstig herstellbar sein. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Entladung einer Kapazität mittels der Entladeschaltung aufzuzeigen. Zusätzlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Gerät aufzuzeigen, bei dem eine bauteilschonende Entladung von Kapazitäten des Gerätes, insbesondere auch in einem Zustand erfolgt, bei dem das Gerät von seiner Energieversorgung getrennt ist.The invention is based on the object of specifying an improved discharge circuit for a charged capacitance, with which the disadvantages mentioned above are avoided or at least significantly reduced. In particular, temperature-sensitive components of the discharge circuit, for example thermistors and semiconductor switches, should experience the lowest possible thermal load during a discharge process. In doing so, it must be ensured that the charged capacity is discharged within the specified period of time down to a DC voltage that is harmless when touched - usually < 60 V. The discharge circuit should be designed to carry out the discharge of the capacitance even without an external energy supply and should also be able to be produced as cost-effectively as possible. It is also an object of the invention to provide a method for discharging a capacitance using the discharge circuit. In addition, the object of the invention is to provide an electrical device in which the device's capacitances are discharged in a way that protects the components, particularly in a state in which the device is disconnected from its power supply.
Lösungsolution
Die Aufgabe, eine verbesserte Entladeschaltung aufzuzeigen, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Entladung einer Kapazität aufzuzeigen, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13 gelöst. Die Aufgabe, ein elektrisches Gerät aufzuzeigen, bei dem eine bauteilschonende Entladung einer geräteinternen Kapazität auch in einem von einer Energieversorgung des Gerätes getrennten Zustand erfolgt, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Entladungseinheit sind in den Ansprüchen 2 bis 12 wiedergegeben, vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ist in den Anspruch 14 und 15 genannt. Eine vorteilhafte Ausführungsform des elektrischen Gerätes ist in den Ansprüchen 16 und 17 beschrieben.The object of demonstrating an improved discharge circuit is achieved according to the invention with the features of
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Eine erfindungsgemäße Entladeschaltung zum Entladen einer Kapazität umfasst:
- - einen Eingang mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss zum Verbinden mit jeweils einem Anschluss der Kapazität,
- - einen Transistor, dessen Drain-Anschluss über einen Entladewiderstand mit dem ersten Eingangsanschluss und dessen Source-Anschluss mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist,
- - einen Gate-Ladewiderstand der den ersten Eingangsanschluss mit einem Gate-Anschluss des Transistors verbindet,
- - einen thermisch mit dem Entladewiderstand und/oder dem Transistor gekoppelten Thermistor. Die Entladeschaltung umfasst weiterhin
- - einen Schalter mit einem leitenden und einem sperrenden Schaltzustand, der den Gate-Anschluss mit dem zweiten Eingangsanschluss verbindet, und ausgelegt ist, seinen Schaltzustand in Reaktion auf ein Triggersignal zu verändern, und
- - eine Triggerschaltung zur Steuerung des Schalters, die ausgelegt ist, das Triggersignal für den Schalter in Abhängigkeit einer Temperatur des Thermistors zu erzeugen, und somit den Schalter in Abhängigkeit der Temperatur des Thermistors zu steuern. Die Entladeschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, aus einer an den Eingangsanschlüssen anliegenden Spannung versorgt zu werden, und dass
- - der Schalter und/oder eine Kombination aus der Triggerschaltung und dem Schalter eingerichtet ist, den Schaltzustand des Schalters in Reaktion auf das Triggersignal, und somit auch in Abhängigkeit der Temperatur des Thermistors, sprungartig von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand zu verändern, um einen transienten Wechsel von einem ersten Betriebszustand BZ1 der Entladeschaltung bei durchgesteuertem Transistor in einen zweiten Betriebszustand BZ2 der Entladeschaltung bei sperrendem Transistor zu generieren.
- - an input with a first input connection and a second input connection for connection to a respective connection of the capacity,
- - a transistor whose drain terminal is connected to the first input terminal via a discharge resistor and whose source terminal is connected to the second input terminal,
- - a gate charging resistor which connects the first input terminal to a gate terminal of the transistor,
- - a thermistor thermally coupled to the discharge resistor and/or the transistor. The discharge circuit further includes
- - a switch with a conducting and a blocking switching state, which connects the gate terminal to the second input terminal, and is adapted to change its switching state in response to a trigger signal, and
- - a trigger circuit for controlling the switch, which is designed to generate the trigger signal for the switch depending on a temperature of the thermistor, and thus to control the switch depending on the temperature of the thermistor. The discharge circuit is characterized in that it is set up to be supplied from a voltage present at the input terminals, and that
- - the switch and/or a combination of the trigger circuit and the switch is set up to suddenly change the switching state of the switch from the blocking to the conducting switching state in response to the trigger signal, and thus also as a function of the temperature of the thermistor, in order to to generate a transient change from a first operating state BZ1 of the discharge circuit when the transistor is turned on to a second operating state BZ2 of the discharge circuit when the transistor is off.
Der Transistor kann als ein feldgesteuerter Transistor ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich hierbei um einen Feldeffekt-Transistor (FET) handeln. Alternativ dazu kann der feldgesteuerte Transistor jedoch auch als ein Insulated-Gate-BipolarTransistor (IGBT) ausgebildet sein. Die Beschreibung erfolgt durchgehend mit auf einen FET bezogenen Anschlussbezeichnungen. Im Falle eines IGBT's gelten die folgenden Zuordnungen für die Anschlussbezeichnungen des Transistors: der Source-Anschluss des FET entspricht einem Emitter-Anschluss des IGBT's, der Drain-Anschluss des FET entspricht einem Kollektor-Anschluss des IGBT's. Der Gate-Anschluss behält üblicherweise seine Bezeichnung bei.The transistor can be in the form of a field-controlled transistor. In particular, this can be a field effect transistor (FET). As an alternative to this, however, the field-controlled transistor can also be in the form of an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The description is given throughout with terminal designations related to an FET. In the case of an IGBT, the following assignments apply to the connection designations of the transistor: the source connection of the FET corresponds to an emitter connection of the IGBT, the drain connection of the FET corresponds to a collector connection of the IGBT. The gate terminal usually retains its designation.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Entladen einer Kapazität wird die Kapazität über die erfindungsgemäße Entladeschaltung entladen. Die Entladeschaltung weist einen ersten Betriebszustand BZ1 mit geöffnetem Schalter und durchgesteuertem Transistor, und einen zweiten Betriebszustand BZ2 mit geschlossenem Schalter und gesperrtem Transistor auf. Dabei beinhaltet das Verfahren die Schritte:
- - Betreiben der Entladeschaltung in Abhängigkeit einer Temperatur des Thermistors in einem aus dem ersten BZ1 und dem zweiten Betriebszustand BZ2,
- - wobei die Entladeschaltung stationär in dem ersten Betriebszustand BZ1 betrieben wird, wenn eine Temperatur des Thermistors unterhalb eines Temperatur-Schwellwertes TTH liegt, und
- - wobei die Entladeschaltung mit einem sich wiederholendem Wechsel zwischen dem ersten Betriebszustand BZ1 und dem zweiten Betriebszustand BZ2 betrieben wird, wenn die Temperatur des Thermistors größer oder gleich dem Temperatur-Schwellwert TTH ist, so dass der Transistor in wiederholter Art und Weise zwischen dem durchgesteuerten und dem gesperrten Zustand wechselt
- - Operating the discharge circuit depending on a temperature of the thermistor in one of the first BZ1 and the second operating state BZ2,
- - Wherein the discharge circuit is operated in a stationary manner in the first operating state BZ1 when a temperature of the thermistor is below a temperature threshold value T TH , and
- - wherein the discharge circuit is operated with a repetitive change between the first operating state BZ1 and the second operating state BZ2 when the temperature of the thermistor is greater than or equal to the temperature threshold value T TH , so that the transistor in a repeated manner between the on and the locked state changes
Die erfindungsgemäße Entladeschaltung ist ausgelegt und eingerichtet, bei einer an ihren Eingang angeschlossenen Kapazität gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden.The discharge circuit according to the invention is designed and set up to be operated in accordance with the method according to the invention when a capacitance is connected to its input.
Die Erfindung nutzt den Effekt, dass bei der Entladung der Kapazität ein linearer Betrieb des Transistors verhindert, zumindest jedoch weitestgehend reduziert wird. Vielmehr operiert der Transistor - und damit die Entladeschaltung - vorwiegend in zwei Betriebszuständen, dem ersten Betriebszustand bei durchgeschaltetem Transistor und dem zweiten Betriebszustand bei sperrendem Transistor. Ein Wechsel von dem ersten in den zweiten Betriebszustand erfolgt initiiert durch den Schalter, indem der Schalter selbst, oder der Schalter in Verbindung mit der Triggerschaltung seinen Schaltzustand sprunghaft von dem sperrenden in den leitenden Zustand ändert. Da bei dem leitenden Zustand das Schalters der Gate-Anschluss des Transistors mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden wird, erfolgt in Reaktion darauf ein transienter Wechsel von dem ersten Betriebszustand BZ1 der Entladeschaltung bei durchgesteuertem Transistor in den zweiten Betriebszustand BZ2 der Entladeschaltung bei sperrendem Transistor.The invention makes use of the effect that linear operation of the transistor is prevented when the capacitance is discharged, but is at least reduced to the greatest possible extent. Rather, the transistor—and thus the discharge circuit—operates primarily in two operating states, the first operating state when the transistor is on and the second operating state when the transistor is off. A change from the first to the second operating state is initiated by the switch, in that the switch itself or the switch in conjunction with the trigger circuit suddenly changes its switching state from the blocking to the conducting state. Since the gate terminal of the transistor is connected to the second input terminal when the switch is in the on state, a transient change occurs in response thereto from the first operating state BZ1 of the discharge circuit when the transistor is turned on to the second operating state BZ2 of the discharge circuit when the transistor is off.
Sowohl in dem ersten Betriebszustand BZ1 als auch in dem zweiten Betriebszustand BZ2 der Entladeschaltung ist eine über dem Transistor erzeugte Verlustleistung im Vergleich zu einem linearen Betrieb des Transistors, wie er aus dem genannten Stand der Technik bekannt ist, signifikant reduziert. Konkret ist der Entladewiderstand so dimensioniert, dass in dem ersten Betriebszustand BZ1 ein Großteil der Verlustleistung bei der Entladung der Kapazität in dem Entladewiderstand und nicht in dem Transistor umgesetzt wird. In dem zweiten Betriebszustand BZ2 wird eine Entladung der Kapazität durch den sperrenden Transistor temporär nicht nur reduziert, sondern unterdrückt. Auch bei sperrendem Transistor - und quasi temporär unterdrückter Entladung der Kapazität - ist eine an dem Transistor umgesetzte Verlustleistung im Vergleich zu einem dauerhafteren Operieren des Transistors in seinem linearen Bereich deutlich reduziert. Dies liegt darin begründet, dass in dem hier vorliegenden Fall die Verlustleistung des Transistors zu einem erheblichen Anteil auf dessen Schaltverluste reduziert wird.Both in the first operating state BZ1 and in the second operating state BZ2 of the discharge circuit, a power loss generated across the transistor is significantly reduced in comparison to a linear operation of the transistor, as is known from the cited prior art. Specifically, the discharge resistor is dimensioned such that in the first operating state BZ1, a large part of the power loss when the capacitance is discharged is converted in the discharge resistor and not in the transistor. In the second operating state BZ2, a discharge of the capacitance is temporarily not only reduced by the blocking transistor, but suppressed. Even when the transistor is off--and quasi-temporarily suppressed discharge of the capacitance--a power loss converted at the transistor is significantly reduced in comparison to a more permanent operation of the transistor in its linear range. The reason for this is that in the present case the power loss of the transistor is reduced to a considerable extent to its switching losses.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun die erfindungsgemäße Entladeschaltung dann, wenn eine Temperatur des an den Transistor und/oder den Entladewiderstand thermisch gekoppelten Thermistors den Temperaturschwellwert TTH unterschreitet, in dem ersten Betriebszustand BZ1 bei durchgeschaltetem Transistor betrieben. Dadurch erfolgt ein Stromfluss in einem Entladepfad, der über eine Reihenschaltung des Entladewiderstandes und des Transistors gebildet wird, dessen Höhe überwiegend über den Entladewiderstand begrenzt wird. Der Entladewiderstand, in geringerem Masse auch der Transistor, und daher ebenfalls der thermisch angekoppelte Thermistor erwärmen sich hierbei. Erreicht oder übersteigt eine Temperatur des Thermistors nun den Temperatur-Schwellwert TTH, so wird die Entladung der Kapazität nicht nur verringert, sondern zumindest temporär unterdrückt, indem die Entladeschaltung durch ein sprunghaftes Schließen des Schalters in den zweiten Betriebszustand BZ2 bei sperrendem Transistor versetzt wird.In the method according to the invention, the discharge circuit according to the invention is then operated in the first operating state BZ1 with the transistor switched on when a temperature of the thermistor thermally coupled to the transistor and/or the discharge resistor falls below the temperature threshold value T TH . This results in a current flow in a discharge path, which is formed via a series connection of the discharge resistor and the transistor, the magnitude of which is predominantly limited by the discharge resistor. The discharge resistor, and to a lesser extent also the transistor, and therefore also the thermally coupled thermistor heat up in the process. If a temperature of the thermistor now reaches or exceeds the temperature threshold value T TH , the discharge of the capacitance is not only reduced but at least temporarily suppressed by the discharge circuit being switched to the second operating state BZ2 with the transistor off by means of a sudden closing of the switch.
Solange nun die Temperatur des Thermistors dem Temperatur-Schwellwert TTH entspricht oder oberhalb des Temperatur-Schwellwertes TTH liegt und die Kapazität noch aufgeladen ist, wird die Entladeschaltung zumindest kurzzeitig in wiederholter Art und Weise über den Gate-Ladewiderstand bei zumindest temporär geöffnetem Schalter in den ersten Betriebszustand BZ1 versetzt, um dann, wenn die Temperatur des Thermistors auch in dem ersten Betriebszustand BZ1 noch den Temperatur-Schwellwert TTH erreicht oder übersteigt, wieder durch ein sprunghaftes Schließen des Schalters in den zweiten Betriebszustand BZ2 bei sperrendem Transistor zu wechseln. Wie auch in Verbindung mit
Zusammengefasst ergibt sowohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch bei der erfindungsgemäßen Entladevorrichtung eine dauerhaft ununterbrochen erfolgende Entladung der Kapazität bei Temperaturen des Thermistors unterhalb des Temperatur-Schwellwertes TTH. Bei einer Temperatur des Thermistors bei oder oberhalb dem Temperatur-Schwellwertes TTH ergibt sich hingegen eine im Zeitmittel überwiegend unterdrückte Entladung der Kapazität, die jedoch wiederholt von vergleichsweise kurzen Entladungspulsen unterbrochen wird. Die Verlustleistung in dem Entladepfad wird zu einem überwiegendem Anteil an dem Entladewiderstand, nicht aber dem Transistor umgesetzt. Da der Entladewiderstand zwischen dem Drain-Anschluss des Transistors und dem ersten Eingangsanschluss der Entladeschaltung angeordnet ist, wird der Transistor nicht, zumindest nur möglichst kurz in seinem linearen Arbeitsbereich betrieben. Die Entladeschaltung kann daher auch bei Entladungen von hohen zwischen den Eingangsanschlüssen anliegenden DC-Spannungen eingesetzt werden. Konkret kann die Entladeschaltung beispielsweise bei DC-Spannungen oberhalb von 400 V, vorteilhafterweise oberhalb von 1000 V, besonders bevorzugt sogar oberhalb von 1400 V eingesetzt werden. Die Entladeschaltung und das Verfahren zu deren Betrieb ist geeignet, selbst bei derartig hohen DC-Spannungen eine hinreichend schnelle Entladung der Kapazität zu gewährleisten, ohne dabei den Transistor einer hohen Belastung auszusetzen, wie sie andernfalls bei überwiegend linearem Betrieb des Transistors auftreten würde. Solche DC-Spannungen sind beispielsweise an einem DC Eingang eines PV-Wechselrichters durchaus üblich, weswegen die Entladeschaltungen auch besonders vorteilhaft in einem PV-Wechselrichter eingesetzt werden kann. Die Entladeschaltung wird aus der aufgeladenen Kapazität elektrisch versorgt. Sie ist daher ausgelegt, auch dann ordnungsgemäß in einem elektrischen Gerät zu operieren, wenn das elektrische Gerät von seiner normalen elektrischen Versorgung getrennt vorliegt. Selbst dann, wenn die Kapazität sich nicht entladen lässt, zum Beispiel weil sie aus einer mit der Kapazität fehlerhafterweise noch verbundenen DC-Quelle wieder aufgeladen wird, ist die Entladeschaltung bzw. deren Komponenten vor einer Beschädigung bzw. Zerstörung infolge des Fehlers geschützt.In summary, both the method according to the invention and the discharging device according to the invention result in a permanent, uninterrupted discharge of the capacitance at temperatures of the thermistor below the temperature threshold value T TH . At a temperature of the thermistor at or above the temperature threshold value T TH , on the other hand, the discharge of the capacitance is predominantly suppressed over time, but is repeatedly interrupted by comparatively short discharge pulses. Most of the power loss in the discharge path is converted to the discharge resistor, but not to the transistor. Since the discharge resistor is arranged between the drain connection of the transistor and the first input connection of the discharge circuit, the transistor is not operated in its linear operating range, at least only for as short a time as possible. The discharge circuit can therefore also be used when discharging high DC voltages present between the input terminals. Specifically, the discharge circuit can be used, for example, with DC voltages above 400 V, advantageously above 1000 V, particularly preferably even above 1400 V. The discharge circuit and the method for its operation is suitable for ensuring sufficiently rapid discharge of the capacitance even with such high DC voltages, without subjecting the transistor to a high load, as would otherwise occur in the case of predominantly linear operation of the transistor. Such DC voltages are, for example, quite common at a DC input of a PV inverter, which is why the discharge circuits can also be used particularly advantageously in a PV inverter. The discharge circuit is electrically powered from the charged capacitance. It is therefore designed to operate properly in an electrical device even when the electrical device is disconnected from its normal electrical supply. Even if the capacitance cannot be discharged, for example because it is recharged from a DC source that is incorrectly still connected to the capacitance, the discharge circuit or its components are protected from damage or destruction as a result of the fault.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.Advantageous refinements of the invention are specified in the following description and the dependent claims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit lediglich einem Temperatur-Schwellwert TTH des Thermistors operieren. In diesem Fall erfolgt ein Eintritt „in“ den stationären Betrieb der Entladeschaltung in dem ersten Betriebszustand BZ1, wie auch ein Austritt „aus“ dem stationären Betrieb der Entladeschaltung in dem ersten Betriebszustand BZ1 bei demselben Temperatur-Schwellwert TTH. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann jedoch der „Austritt aus“ dem stationären Betrieb der Entladeschaltung in dem ersten Betriebszustand BZ1 bei dem Temperatur Schwellwert TTH und der „Eintritt in“ den stationären Betrieb der Entladeschaltung in dem ersten Betriebszustand BZ1 bei einem zweiten Temperatur-Schwellwert TTH,2 erfolgen. Über den zweiten Temperatur-Schwellwert TTH,2 und ein damit verbundenes Hystereseverhalten kann ein stabiler und robuster Gesamtbetrieb der Entladeschaltung unterstützt werden. Konkret kann es also vorteilhaft sein, dass das stationäre Betreiben der Entladeschaltung in dem ersten Betriebszustand BZ1 erst dann erfolgt, wenn die Temperatur des Thermistors unter den zweiten Temperatur-Schwellwert TTH,2 gefallen ist, der kleiner als der Temperatur Schwellwert TTH ist. Dabei kann ein Betrieb der Entladeschaltung bei einer Temperatur des Thermistors zwischen dem Temperaturschwelwert TTH und dem zweiten Temperaturschwellwert TTH,2 von einer kurz zuvor herrschenden Temperatur des Thermistors abhängen. Beispielsweise kann der Betrieb davon abhängig sein, ob der Thermistor aktuell eine Abkühlung oder eine Erwärmung erfährt.The method according to the invention can operate with only one temperature threshold value T TH of the thermistor. In this case, there is an entry “into” the steady-state operation of the discharge circuit in the first operating state BZ1, as well as an exit “from” the steady-state operation of the discharge circuit in the first operating state BZ1 at the same temperature threshold value T TH . In an advantageous embodiment of the method, however, the "exit from" the stationary operation of the discharge circuit in the first operating state BZ1 at the temperature threshold T TH and the "entry into" the stationary operation of the discharge circuit in the first operating state BZ1 at a second temperature Threshold T TH,2 take place. Stable and robust overall operation of the discharge circuit can be supported via the second temperature threshold value T TH,2 and a hysteresis behavior associated therewith. In concrete terms, it can therefore be advantageous for the discharge circuit to be operated in the first operating state BZ1 only when the temperature of the thermistor has fallen below the second temperature threshold value T TH,2 , which is lower than the temperature threshold value T TH . In this case, operation of the discharge circuit at a temperature of the thermistor between the temperature threshold value T TH and the second temperature threshold value T TH,2 can depend on a temperature of the thermistor prevailing shortly beforehand. For example, operation may depend on whether the thermistor is actually cooling or heating.
In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens kann das Betreiben der Entladeschaltung in Abhängigkeit einer Temperatur des Thermistors solange andauern, bis eine an der Kapazität abfallende, und daher eine an den Eingangsanschlüssen der Entladeschalung anliegende DC-Spannung einen Spannungs-Schwellwert UTH unterschreitet. Der Spannungs-Schwellwert kann einer DC-Spannung von nahezu 0 V entsprechen. Es kann jedoch auch ausreichend sein, wenn die Kapazität sich lediglich auf eine DC-Spannung entladen hat, von der im Falle einer Berührung keine Gefahr ausgeht. In diesem Fall kann der Spannungs-Schwellwert UTH abhängig von entsprechenden Normen z.B. bei 12 V, bei 30V, gegebenenfalls auch bei 60 V liegen.In an advantageous variant of the method, the operation of the discharge circuit can last as a function of the temperature of the thermistor until a DC voltage falling across the capacitance and therefore present at the input terminals of the discharge circuit falls below a voltage threshold value UTH. The voltage threshold may correspond to a DC voltage close to 0V. However, it can also be sufficient if the capacitance has only discharged to a DC voltage that does not pose a risk if touched. In this case, the voltage threshold value UTH can be e.g. 12 V, 30 V, possibly also 60 V, depending on the relevant standards.
Der Schalter der Entladeschaltung kann als bistabiler Schalter ausgebildet sein und beispielsweise einen Thyristor umfassen. Ein bistabiler Schalter im Sinne der Anmeldung ist insbesondere ein Schalter, der frei von einem linearen Arbeitsbereich ist. Er umfasst also einen leitenden und einen sperrenden Schaltzustand, aber keinen Übergangsbereich zwischen dem leitenden und dem sperrenden Schaltzustand, bei dem sich ein ohmscher Widerstand in einem Leistungspfad des Schalters kontinuierlich bzw. stetig ändert. Alternativ dazu kann der Schalter aber auch einen linearen Arbeitsbereich aufweisen und beispielsweise einen Transistor, insbesondere einen MOSFET-Transistor oder einen IGBT-Transistor, umfassen. In diesen Fällen kann dann die Triggerschaltung als Kippschaltung ausgebildet sein, die gewährleistet, dass der Schalter bei einem Wechsel seines Schaltzustandes, insbesondere bei einem Wechsel von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand in sprunghafter Art und Weise erfolgt, dass also der gegebenenfalls vorhandene lineare Übergangsbereich rasch durchlaufen wird. Insbesondere kann der Schalter einen Wechsel von seinem sperrenden in seinen leitenden Schaltzustand innerhalb von 10 µs, vorteilhafterweise innerhalb von 5 µs, besonders bevorzugt innerhalb von 1 µs ändern.The switch of the discharge circuit can be designed as a bistable switch and can include a thyristor, for example. A bistable switch within the meaning of the application is in particular a switch that is free of a linear working range. It therefore includes a conducting and a blocking switching state, but no transition region between the conducting and the blocking switching state in which an ohmic resistance in a power path of the switch changes continuously or constantly. As an alternative to this, however, the switch can also have a linear operating range and, for example, comprise a transistor, in particular a MOSFET transistor or an IGBT transistor. In these cases, the trigger circuit can then be designed as a flip-flop, which ensures that the switch occurs in a sudden manner when its switching state changes, in particular when changing from the blocking to the conducting switching state, i.e. that the linear transition range that may be present quickly is passed through. In particular, the switch can change from its blocking to its conducting switching state within 10 μs, advantageously within 5 μs, particularly preferably within 1 μs.
In einer Ausführungsform kann die Entladeschaltung zusätzlich eine Spannungsstabilisierungseinheit aufweisen, die beispielsweise eine Zenerdiode oder eine Parallelschaltung aus einer Zenerdiode und einem Pufferkondensator beinhaltet. Dabei ist die Kathode der Zenerdiode mit dem Gate-Anschluss des Transistors und die Anode der Zenerdiode mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. In einer derartigen Verschaltung ist die Spannungsstabilisierungseinheit ausgelegt, ihren Pufferkondensator durch einen von dem ersten Eingangsanschluss ausgehenden Strom über den Gate-Ladewiderstand bis auf einen durch die Zenerdiode vorgegebenen Wert einer DC-Spannung aufzuladen. Dabei sind der Pufferkondensator und der Gate-Ladewiderstand so dimensioniert, dass eine Aufladung des Pufferkondensators auf den durch die Zenerdiode vorgegebenen Wert innerhalb einer Zeitdauer von minimal 0,2 s und maximal 4 s, besonders bevorzugt von minimal 0,5 s und maximal 2 s abgeschlossen ist. Insbesondere dann, wenn der Schalter der Entladeschaltung durch einen Thyristor gebildet ist, kann der Gate-Ladewiderstand vorteilhafterweise so dimensioniert sein, dass ein durch ihn begrenzter, von dem ersten Eingangsanschluss ausgehender Strom bei maximaler an den Eingangsanschlüssen anliegender DC-Spannung kleiner als ein Haltestrom des Thyristors ist. Damit ist sichergestellt, dass der als Thyristor ausgebildete Schalter, wenn er in seinem leitenden Schaltzustand vorliegt, aufgrund des durch ihn fließenden von dem Gate-Ladewiderstand begrenzten Strom wieder in den sperrenden Schaltzustand versetzt werden kann.In one embodiment, the discharge circuit can additionally have a voltage stabilization unit, which contains, for example, a zener diode or a parallel circuit made up of a zener diode and a buffer capacitor. In this case, the cathode of the zener diode is connected to the gate connection of the transistor and the anode of the zener diode is connected to the second input connection. In such an interconnection, the voltage stabilization unit is designed to charge its buffer capacitor by a current emanating from the first input connection via the gate charging resistor up to a value of a DC voltage predetermined by the zener diode. The buffer capacitor and the gate charging resistor are dimensioned in such a way that the buffer capacitor can be charged to the value specified by the zener diode within a minimum of 0.2 s and a maximum of 4 s, particularly preferably a minimum of 0.5 s and a maximum of 2 s is completed. In particular when the switch of the discharge circuit is formed by a thyristor, the gate charging resistor can advantageously be dimensioned in such a way that a current which is limited by it and emanating from the first input connection is less than a holding current of the thyristor is. This ensures that the switch designed as a thyristor, when it is in its conducting switching state, can be switched back to the blocking switching state due to the current flowing through it, which is limited by the gate charging resistor.
Der Thermistor kann als eine Komponente der Triggerschaltung ausgebildet sein, mit anderen Worten die Triggerschaltung kann den Thermistor umfassen. Der Thermistor kann einen Kaltleiter (auch PTC - Widerstand genannt) umfassen. Alternativ dazu kann er vorteilhafterweise jedoch auch als ein Heißleiter (auch NTC-Widerstand genannt) ausgebildet sein. Ein Heißleiter weist üblicherweise eine höhere Zyklenfestigkeit gegenüber einem Kaltleiter auf, kann also bei gleicher thermischer Belastung innerhalb jedes der Belastungszyklen mehrere Belastungszyklen durchlaufen, bevor er aus Sicherheitsgründen ausgetauscht werden sollte. Der Thermistor, gegebenenfalls auch die weitere Komponenten oder alle Komponenten der Triggerschaltung, können in dem Entladepfad angeordnet sein, der über die Reihenschaltung aus Entladewiderstand und Transistor gebildet wird. Indem der Thermistor in dem Entladepfad angeordnet ist, wird er selbst zumindest zu einem Teil von dem Entladestrom durchflossen. Daher erwärmt er sich nicht nur aufgrund seiner thermischen Kopplung zu dem Entladewiderstand und/oder dem Transistor, sondern auch durch den Entladestrom selbst. Dies kann in Bezug auf eine schnelle Reaktion der Triggerschaltung vorteilhaft sein.The thermistor may be formed as a component of the trigger circuit, in other words the trigger circuit may include the thermistor. The thermistor can include a PTC thermistor (also called a PTC resistor). As an alternative to this, however, it can advantageously also be in the form of a thermistor (also called an NTC resistor). A thermistor usually has a higher cycle stability than a PTC thermistor, so it can go through several load cycles within each of the load cycles under the same thermal load before it should be replaced for safety reasons. The thermistor, possibly also the further components or all components of the trigger circuit, can be arranged in the discharge path, which is formed via the series connection of discharge resistor and transistor. Since the thermistor is arranged in the discharge path, the discharge current flows through it at least in part. It therefore heats up not only because of its thermal coupling to the discharge resistor and/or the transistor, but also as a result of the discharge current itself. This can be advantageous with regard to a rapid response from the trigger circuit.
Der in dem Entladepfad angeordnete Entladewiderstand kann als einzelner Entladewiderstand ausgebildet sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Entladewiderstand eine Vielzahl von untereinander seriell und/oder parallel geschalteten Widerständen umfasst. In letzterem Fall wird die umzusetzende Leistung auf mehrere Widerstände verteilt. Dabei kann der Thermistor mit lediglich einem - vorzugsweise einem innerhalb der Vielzahl von Widerständen zentral angeordneten Widerstand -, aber auch mit mehreren der Widerstände thermisch gekoppelt sein.The discharge resistor arranged in the discharge path can be designed as a single discharge resistor. Alternatively, however, it is also possible for the discharge resistor to include a multiplicity of resistors connected in series and/or in parallel with one another. In the latter case, the power to be converted is distributed over several resistors. In this case, the thermistor can be thermally coupled to only one resistor--preferably a resistor arranged centrally within the plurality of resistors--or to a plurality of resistors.
Die Triggerschaltung kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Exemplarisch werden vier vorteilhafte Möglichkeiten zur Umsetzung der Triggerschaltung detailliert in den
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät umfasst eine Kapazität und eine auf die Kapazität wirkende erfindungsgemäße Entladeschaltung. Dabei ist das elektrische Gerät insbesondere dessen Entladeschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und eingerichtet. Insbesondere ist das elektrische Gerät mittels der Entladeschaltung eingerichtet, die geräteinterne Kapazität auch in einem Zustand zu entladen, bei dem das Gerät von seiner Energieversorgung getrennt ist.An electrical device according to the invention comprises a capacitance and a discharge circuit according to the invention acting on the capacitance. In this case, the electrical device is designed and set up, in particular its discharge circuit, for carrying out the method according to the invention. In particular, the electrical device is set up by means of the discharge circuit to discharge the device-internal capacitance in a state at which the device is disconnected from its power supply.
Bei dem elektrischen Gerät kann es sich insbesondere um einen Photovoltaik (PV) - Wechselrichter handeln. Der PV-Wechselrichter kann als PV-Wechselrichter mit lediglich einem DC-Eingang zum Anschluss eines PV-Strings oder aber als sogenannter Multistring-PV-Wechselrichter mit mehreren jeweils eine Eingangskapazität aufweisenden DC-Eingängen zum Anschluss mehrerer PV-Strings ausgebildet sein. Je nach Art des PV-Wechselrichters kann die Kapazität daher eine oder auch mehrere durch Dioden entkoppelte Eingangskapazitäten des PV-Wechselrichters umfassen.The electrical device can in particular be a photovoltaic (PV) inverter. The PV inverter can be designed as a PV inverter with only one DC input for connecting a PV string or as a so-called multi-string PV inverter with multiple DC inputs each having an input capacitance for connecting multiple PV strings. Depending on the type of PV inverter, the capacitance can therefore include one or more input capacitances of the PV inverter that are decoupled by diodes.
In einem normalen Betrieb des Gerätes ist es oftmals unerwünscht, die Kapazität des elektrischen Gerätes zu entladen, da dies eine Funktionsbeeinträchtigung des Gerätes bedingen kann. Vorteilhafterweise kann das elektrische Gerät daher eine auf den Gate-Anschluss des Transistors wirkende und von einer Steuerung des Gerätes ansteuerbare Schalteinheit aufweisen, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignales der geräteinternen Steuerung eine Entladung der Kapazität zu unterdrücken oder zu ermöglichen. Dabei kann die Schalteinheit beispielsweise einen zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Transistors angeordneten weiteren Schalter beinhalten, der in Reaktion auf ein Steuersignal der geräteinternen Steuerung den Gate-Anschluss des Transistors niederohmig mit dem Source-Anschluss des Transistors verbindet und so den Transistor der Entladevorrichtung dauerhaft sperrt, wodurch eine Entladung der Kapazität im Betrieb des Gerätes bewusst unterdrückt wird. Alternativ ist es natürlich auch möglich, den weiteren Schalter in Reaktion auf ein entsprechendes Steuersignal der geräteinternen Steuerung zu öffnen, wodurch ein Entladen der geräteinternen Kapazität bewusst initiiert werden kann.During normal operation of the device, it is often undesirable to discharge the capacitance of the electrical device, since this can impair the functionality of the device. The electrical device can therefore advantageously have a switching unit that acts on the gate connection of the transistor and can be controlled by a controller of the device, which is set up to suppress or enable a discharge of the capacitance depending on a control signal from the device-internal controller. The switching unit can contain, for example, a further switch arranged between the gate connection and the source connection of the transistor, which, in response to a control signal from the device-internal controller, connects the gate connection of the transistor to the source connection of the transistor with low resistance and thus Transistor of the discharge device permanently blocks, whereby a discharge of the capacity during operation of the device is deliberately suppressed. Alternatively, it is of course also possible to open the further switch in response to a corresponding control signal from the device-internal controller, as a result of which discharging of the device-internal capacitance can be deliberately initiated.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt. Von diesen zeigen
-
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Entladeschaltung in einer Ausführungsform; -
2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms; -
3a eine Triggerschaltung zur Ansteuerung zur Ansteuerung eines als Thyristor ausgebildeten Schalters der Entladeschaltung in einer ersten Ausführungsform. -
3b eine Triggerschaltung zur Ansteuerung zur Ansteuerung eines als Thyristor ausgebildeten Schalters der Entladeschaltung in einer zweiten Ausführungsform. -
3c eine Triggerschaltung zur Ansteuerung eines als Thyristor ausgebildeten Schalters der Entladeschaltung in einer dritten Ausführungsform. -
4 eine Triggerschaltung in einer vierten Ausführungsform zur Ansteuerung eines als Transistor ausgebildeten Schalters der Entladeschaltung.
-
1 an embodiment of a discharge circuit according to the invention in an embodiment; -
2 an embodiment of a method according to the invention in the form of a flow chart; -
3a a trigger circuit for driving for driving a thyristor designed as a switch of the discharge circuit in a first embodiment. -
3b a trigger circuit for driving a switch designed as a thyristor of the discharge circuit in a second embodiment. -
3c a trigger circuit for driving a switch, designed as a thyristor, of the discharge circuit in a third embodiment. -
4 a trigger circuit in a fourth specific embodiment for driving a switch, designed as a transistor, of the discharge circuit.
Figurenbeschreibungcharacter description
In
Parallel zu der Zenerdiode ZD1 ist ein Schalter 6 angeordnet. Der Schalter 6 wird über eine Triggerschaltung 5 angesteuert, was über einen gestrichelt illustrierten, auf den Schalter 6 gerichteten Pfeil symbolisiert ist. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Schalters 6 durch die Triggerschaltung 5 in Abhängigkeit einer Temperatur eines Thermistors 4, was in
In einer Ausführungsform ist der Entladeschaltung 100 ist es möglich - aber nicht zwingend erforderlich -, den Thermistor 4 und zumindest Teile der Triggerschaltung 5, gegebenenfalls auch die gesamte Triggerschaltung 5 in dem Entladepfad 10 anzuordnen. Zwei mögliche Varianten zu einer derartigen Verschaltung innerhalb des Entladepfades 10 sind in
In
In dem Flussdiagramm ist eine Schleife der Verfahrensschritte S4 - S7 in separierten Blöcken dargestellt, um die Funktion des Verfahrens zu erläutern. Gemäß dem Verfahren ist es jedoch möglich, und bei einer weitgehend analog operierenden Entladeschaltung auch üblich, dass die Verfahrensschritte S4 - S7 innerhalb der Schleife nahezu simultan durchlaufen werden.A loop of method steps S4-S7 is shown in separate blocks in the flow chart in order to explain the function of the method. According to the method, however, it is possible, and in the case of a discharge circuit that operates largely analogously, it is also common for the method steps S4-S7 to be run through almost simultaneously within the loop.
In
Der Kaltleiter 21 als Thermistor 4 wird während des ersten Betriebszustandes BZ1 von dem in dem Entladepfad 10 fließenden Strom durchflossen. Er erwärmt sich daher sowohl aufgrund der thermischen Kopplung mit dem Entladewiderstand 2 und/oder dem Transistor 3 als auch infolge des ihn durchsetzenden Stroms. Durch die Erwärmung des Kaltleiters 21 steigt sein ohmscher Widerstand und damit der Spannungsabfall zwischen den Anschlusspunkten 14a, 14b. Übersteigt der Spannungsabfall einen durch die zweite Zenerdiode ZD2 definierten Schwellwert, so erhält der Thyristor 11 an seinem Steueranschluss 11G ein Spannungssignal und wird gezündet, wodurch er sprungartig in seinen leitfähigen Zustand versetzt wird. Entsprechend wird der Steueranschluss 3G des Transistors 3 mit seinem Source-Anschluss 3S verbunden, wodurch der Pufferkondensator C1 der Spannungsstabilisierungseinheit 7 entladen wird und der Transistor 3 in seinen sperrenden Zustand versetzt wird. Nach Entladung des Pufferkondensators C1 fließt der durch den Gate-Ladewiderstand 9 limitierte Strom von dem ersten Eingangsanschluss 101a durch den Thyristor 11. Dieser ist jedoch kleiner als ein Haltestrom des Thyristors, wodurch der Thyristor 11 wieder in seinen sperrenden Zustand versetzt wird. Der durch den Gate-Ladewiderstand 9 limitierte Strom beginnt nun, den Pufferkondensator C1 auf den durch die Zenerdiode ZD1 festgelegten Wert aufzuladen. Die Spannung an dem Gate-Anschluss 3G des Transistors 3 steigt entsprechend und der Transistor 3 wird wieder durchgesteuert. Wenn die Temperatur des Thermistors 4 weiterhin zumindest dem Temperaturschwellwert TTH entspricht oder diesen übersteigt, so wird der Thyristor 11 unmittelbar wieder gezündet und in seinen leitfähigen Schaltzustand versetzt. Dieser alternierende Wechsel wiederholt sich nun solange, bis die Temperatur des Thermistors 4 den Temperatur-Schwellwert TTH unterschreitet, wodurch der Transistor 3 wieder dauerhafter durchgesteuert bleibt. The current flowing in the
Ist die Kapazität 1 ausreichend entladen, so wird die Entladeschaltung 100 nicht mehr versorgt und das Verfahren automatisch beendet.If the
In
Die zweite Ausführungsform der Triggerschaltung 5 weist eine Parallelschaltung aus einer dritten Zenerdiode ZD3 und einer Reihenschaltung aus einem Heißleiter 22 und einem dritten Widerstand R3 auf. Dabei ist ein Verbindungspunkt 29 zwischen dem Heißleiter 22 und dem dritten Widerstand R3 und mit einem Steueranschluss 11G des als Thyristor 11 ausgebildeten Schalters 6 verbunden.The second embodiment of the
In der zweiten Ausführungsform wird der Spannungsabfall zwischen den Anschlusspunkten 14a, 14b durch die dritte Zenerdiode ZD3 vorgegeben. Bei einer Erwärmung des Heißleiters 22 nimmt dessen ohmscher Widerstand ab und eine an dem Verbindungspunkt 29 anliegende Spannung steigt relativ zu dem Referenzpotential GND an. Bei Erreichen eines für den Thyristor 11 erforderlichen Spannungs-Schwellwertes wird der Thyristor 11 gezündet und in seinen leitfähigen Zustand versetzt. Das weitere Funktionsverhalten, auch der alternierende Wechsel zwischen dem leitenden und dem sperrenden Schaltzustand des Thyristors 11 entspricht dem bereits in
In
Der links dargestellte Teil der Triggerschaltung 5 operiert ähnlich, wie die zweite Ausführungsform gemäß
In
Durch die Schmitt-Triggerschaltung wird ein Hystereseverhalten in Bezug auf einen Wechsel in den Schaltzuständen des weiteren Transistors 12 in Abhängigkeit der Temperatur des Thermistors 4 generiert. Konkret wird liegt der weitere Transistor 12 bei einer geringen Temperatur T des Thermistors 4 in einem sperrenden Schaltzustand vor. Die Entladeschaltung 100 wird hierdurch in dem ersten Betriebszustand BZ1 bei durchgeschaltetem Transistor 3 betrieben. Mit zunehmender Temperatur des Entladewiderstandes 2 und/oder des Transistors 3 wird der Thermistors 4 erwärmt und der Widerstand des Heißleiters 22 verringert sich. Bei Erreichen oder Überschreiten des Temperatur-Schwellwertes TTH erfolgt ein sprungartiger Wechsel der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 35 von einem „Low-Signal“ auf ein „High-Signal“, wodurch der weitere Transistor 12 durchgeschaltet wird. Hierdurch wird der Gate-Anschluss 3G des Transistors 3 mit dem Referenzpotential GND verbunden und die Entladeschaltung 100 in den zweiten Betriebszustand BZ2 bei sperrendem Transistor 3 versetzt. Bei einer Abkühlung des Thermistors 4 hingegen verringert sich der Widerstand des Heißleiters 22. Bei Erreichen oder Unterschreiten eines zweiten Temperatur-Schwellwertes TTH,2 erfolgt ein sprungartiger Wechsel der Ausgangsspannung von dem „High-Signal auf das „Low-Signal“ wodurch der weitere Transistor 12 gesperrt wird, und die Entladeschaltung 100 wieder in den ersten Betriebszustand BZ1 versetzt wird. Dabei ist der zweite Temperatur-Schwellwert TTH,2 kleiner als der Temperatur-Schwellwert TTH, das heißt es gilt TTH,2 < TTH. Ein derartiges Hysterese-Verhalten ist üblicherweise im Hinblick auf einen robusten und stabilen Gesamtbetrieb der Entladeschaltung 100 vorteilhaft.A hysteresis behavior in relation to a change in the switching states of the further transistor 12 as a function of the temperature of the
Auch dann, wenn die Temperatur T bei Erwärmung des Thermistors 4 größer oder gleich dem Temperatur-Schwellwert TTH ist, oder die Temperatur T bei Abkühlung des Thermistors 4 größer oder gleich dem zweiten Temperatur-Schwellwert TTH,2 ist, erfolgt wiederholter alternierender Wechsel zwischen dem zeitlich überwiegendem eingenommenen zweiten Betriebszustand BZ2 bei sperrendem Transistor 3 und einem lediglich kurzzeitig eingenommenen ersten Betriebszustand BZ1 bei durchgeschaltetem Transistor 3. Dabei ergibt sich der alternierende Wechsel aus Folgendem Grund: Bei durchgeschaltetem Schalter 6 wird die an dem Gate-Anschluss des Transistors 3 anliegende DC-Spannung auf das Referenzpotenzial GND gesetzt, wodurch auch der Operationsverstärker 35 seine elektrische Versorgung verliert. Er wird lediglich nur noch so lange weiter versorgt, wie durch eine an dem Pufferkondensator C2 der Spannungsstabilisierungseinheit 33 anliegende DC-Spannung ermöglicht wird. Da sich der Pufferkondensator C2 jedoch unter anderem aufgrund eines Energieverbrauchs der Schmitt-Triggerschaltung 32 entlädt, wird bei Unterschreiten einer minimalen DC-Spannung der Operationsverstärker 35 deaktiviert und der weitere Transistor 12 als Schalter 6 wieder in seinen sperrenden Schaltzustand versetzt. Dieser Schaltzustand des Schalters 6 liegt jedoch nur kurzzeitig vor, wenn die Temperatur T des Thermistors 4 einem dauerhaften Betrieb der Entladeschaltung 100 in dem ersten Betriebszustand BZ1 nicht entspricht. Vielmehr wird bei kurzzeitig sperrendem Schalter 6 der Gate-Anschluss 3G über den Gate-Ladewiderstand 9, sowie damit auch die Spannungsstabilisierungseinheit 33 wieder aufgeladen und der Schalter 6 wieder in seinen leitenden Schaltzustand versetzt. Zusammengefasst ergibt sich auch in der vierten Ausführungsform der Triggerschaltung 5 der oben erwähnte alternierende Wechsel zwischen dem zeitlich überwiegend vorliegendem zweiten Betriebszustand BZ2 und dem zeitlich kurz vorliegenden ersten Betriebszustand BZ1 der Entladeschaltung 100.Even if the temperature T when the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kapazitätcapacity
- 22
- Entladewiderstanddischarge resistance
- 33
- Transistortransistor
- 3G3G
- Gate-Anschlussgate connection
- 3D3D
- Drain-Anschlussdrain connection
- 3S3S
- Source-Anschlusssource connection
- 44
- Thermistor (PTC, NTC)Thermistor (PTC, NTC)
- 55
- Triggerschaltungtrigger circuit
- 66
- SchalterSwitch
- 77
- Spannungsstabilisierungseinheitvoltage stabilization unit
- 99
- Gate-Ladewiderstandgate load resistor
- 1010
- Entladepfaddischarge path
- 1111
- Thyristorthyristor
- 11G11G
- Steueranschlusscontrol port
- 1212
- MOSFETMOSFET
- 12G12G
- Gate-Anschlussgate connection
- 13, 1413, 14
- Schaltungsposition (der Triggerschaltung)circuit position (of the trigger circuit)
- 13a, 13b13a, 13b
- Anschlusspunkt (der Triggerschaltung)connection point (of the trigger circuit)
- 14a, 14b14a, 14b
- Anschlusspunkt (der Triggerschaltung)connection point (of the trigger circuit)
- 15a, 15b15a, 15b
- Anschlusspunkt (der Triggerschaltung)connection point (of the trigger circuit)
- 16a, 16b16a, 16b
- Anschlusspunkt (der Triggerschaltung)connection point (of the trigger circuit)
- 2121
- Kaltleiter (PTC)PTC thermistor
- 2222
- Heißleiter (NTC)Thermistor (NTC)
- 2323
- Optokoppleroptocoupler
- 28, 29, 30, 3128, 29, 30, 31
- Verbindungspunktconnection point
- 3232
- Schmitt-TriggerschaltungSchmitt trigger circuit
- 3333
- Spannungsstabilisierungseinheitvoltage stabilization unit
- 3535
- Operationsverstärkeroperational amplifier
- ZD1 - ZD6ZD1 - ZD6
- Zenerdiodezener diode
- R1 - R11R1-R11
- WiderstandResistance
- D1, D2D1, D2
- Diodediode
- C1, C2C1, C2
- Pufferkondensatorbuffer capacitor
- TTH, TTH,2TTH, TTH,2
- Temperatur-Schwellwerttemperature threshold
- 100100
- Entladeschaltungdischarge circuit
- 101101
- EingangEntry
- 101 a, 101b101a, 101b
- Eingangsanschlussinput port
- S1-S8S1-S8
- Verfahrensschrittprocess step
Claims (18)
Priority Applications (2)
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DE102021105023.5A DE102021105023B4 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Discharging circuit for discharging a capacitance, method for discharging a capacitance via the discharging circuit and electrical device with such a discharging circuit |
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DE102021105023B4 true DE102021105023B4 (en) | 2022-09-15 |
Family
ID=80685101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102021105023.5A Active DE102021105023B4 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Discharging circuit for discharging a capacitance, method for discharging a capacitance via the discharging circuit and electrical device with such a discharging circuit |
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